干旱区盐碱土碳过程及全球变化

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1、项目名称：干旱区盐碱土碳过程与全球变化首席科学家：陈曦中国科学院新疆生态与地理研究所起止年限：2009.1至2013.8依托部门：新疆维吾尔自治区科技厅中国科学院新疆生产建设兵团科委23一、研究内容本项目的总体设计是基于我们在干旱区盐碱土中的最新发现：盐碱土正在以无机形式大量吸收碳。为系统破解这一自然现象，并对其在全球碳循环的地位和作用做出正确评估，①需要探索这种无机吸收的发生过程与机理，及其与盐碱土的类型、理化属性的关系；②需要了解各类盐碱土的分布规模与形成演化过程，以确定这种无机吸收的规模与动态；③由于无机碳吸收的最大来源是土壤中的有机呼吸，因此需要研

2、究干旱区盐碱土中有机碳的形成、转化、储存与消耗过程；④将上述研究结果推演到亚欧内陆干旱区乃至全球盐碱土的尺度上，以确定其在全球碳循环中的地位和作用。由此，我们需要回答的关键科学问题是：①干旱区水盐运移与盐碱土无机碳吸收的关系。主要回答盐碱土的形成、演化机理，盐碱土的理化特征、物理环境、化学属性等与无机碳吸收的关系；以确认“迷失碳汇”是否在盐碱土区以无机形式巨量储存。②盐碱土区有机碳碳循环过程及其与无机碳循环的关系。主要回答干旱区盐碱土有机碳的同化、转化过程与其在地下的存在形式与动态，地下有机碳向无机碳的转化过程及其控制因素等。③干旱区盐碱土碳循环过程及其在

3、全球碳循环中的地位与作用。主要回答盐碱土碳汇功能的强度、属性与动态，以期最终确定干旱区盐碱土碳循环的全球意义。围绕关键科学问题，设置以下主要研究内容：1．盐碱土无机碳吸收的过程与机理及其和水盐运移的关系作为只发生在盐碱土上，而不发生在其他类型土壤上的独特无机吸收现象，其发生过程与机理必然和盐碱土的基本属性（含盐、碱性等）密切相关。而盐碱土的形成、演化是干旱区独特自然条件下水盐运移的结果。因此，项目首要的基础工作，是研究盐碱土的类型与分布规模、水盐运移与盐碱土的形成演化的关系、积盐区的形成与调控；以野外调查取样、控制实验、同位素示踪等手段，研究环境物理因素对

4、盐碱土二氧化碳吸收的作用机制、盐碱土碳吸收的化学过程与机理、盐碱土类型和理化属性与碳吸收的关系，为估算全球盐碱土的无机吸收总量提供依据。2．干旱区有机碳循环过程、驱动机制及其与无机碳吸收的关系任何陆地有机碳循环的第一个环节都是绿色植物的碳同化，干旱区也不例外。然而，干旱区恶劣的生存环境决定了这里的绿色植物具体独特的、使其自身碳同化效率最大化的生理生态机制。由此，需要首先研究各类植物及其所构成的植被高效碳同化的实现途径，23包括其对各类胁迫因子的响应与适应机制，以及由于这种响应与适应造成的个体与群落尺度上地上/地下生物量（有机碳储存）配比的变化；在此基础上，

5、研究地下有机碳的形成、各组分间转化、存储与消耗过程，包括地下有机碳的形成过程与时空动态特征、地下有机碳各组分的动态与其转化机制、地下有机碳的消耗及其与盐碱土无机碳吸收的关系。3．亚欧内陆干旱区碳循环过程及其在全球碳循环中的作用上述两项内容是从过程与机制上破解干旱区碳循环的全过程，但局限于有代表性地点的局地尺度。为确认亚欧内陆干旱区在全球碳循环中的地位和作用，需要对上述研究结果进行尺度扩展。为此，需要建立盐碱土有机与无机碳循环过程的多尺度遥感转换方法，进行区域尺度盐碱土碳循环过程的多尺度模拟，研究区域尺度有机与无机碳过程相互作用与耦合；利用构建的区域尺度干旱

6、区生态系统过程和碳循环过程DLEM模型，分析亚欧内陆干旱区碳循环过程及其对气候变化和人类活动的响应，评价碳的源汇效应；结合未来气候变化情景，模拟和评估亚欧内陆干旱区有机无机碳变化的趋势；确定过去、现在和将来亚欧内陆干旱区碳循环在全球碳循环中的地位与作用。23二、预期目标1．总体目标本项目的总体目标是：阐明亚欧内陆干旱区盐碱土吸收与固定二氧化碳的机理，建立荒漠–绿洲复合体完整碳循环全新理论框架，重新认识干旱区碳循环在全球碳循环中的地位与作用，提出找寻全球迷失碳的新途径，为我国把握碳平衡国际谈判中的主导权提供全面科技支撑，为国家碳平衡战略和节能减排规划提供科学

7、依据。同时，通过本项目与欧盟和中亚国家科学家的共同研究，拓展我国上海合作组织及欧盟的科技合作，促进欧亚内陆区域经济与环境协调发展。五年预期目标：（1）研究荒漠–绿洲复合体水盐运移和盐渍化土地碳固持作用，定量确定环境因子对盐碱土二氧化碳吸收过程的影响以及迁移转化与储存方式，阐明盐碱土碳吸收的物理与化学过程，揭示荒漠–绿洲复合体水盐运移与无机碳循环的关系，破解盐碱土无机碳吸收的发生机理，在全球碳循环领域取得突破性进展。（2）研究影响荒漠–绿洲复合体盐碱土碳吸收的生物过程，全面解读干旱区有机碳循环，解析复合体地下有机碳过程，阐明地下有机碳与盐碱土无机碳吸收的之间

8、的相互作用关系，查明干旱区地下有机碳各组分（根系、有机质、微生物等